淺析5G無線網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景中的規(guī)劃與優(yōu)化

張榮濤

摘要：本文探討了5G網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景下面臨的問題，分析了5G網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景下面臨的問題，研究了高鐵場景5G無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：5G無線網(wǎng)絡(luò);高鐵;規(guī)劃與優(yōu)化

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0017-01

1 5G無限網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景規(guī)劃和優(yōu)化的意義

2018年國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP工作組在韓國釜山召開了5G第一階段標(biāo)準(zhǔn)制定的最后一場會議，這宣布這第一階段5G標(biāo)準(zhǔn)的確定，隨后三大運(yùn)營商便開始對一些試點(diǎn)城市進(jìn)行5G的部署和規(guī)劃。目前中國聯(lián)通也把高鐵列入到了無線網(wǎng)絡(luò)的使用場景中，高鐵和高鐵站的人流量都十分巨大，之前也已經(jīng)完成了對高鐵的3G、4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋且如今已經(jīng)達(dá)到較高的水平，而隨著社會的發(fā)展旅客對網(wǎng)絡(luò)的需求將進(jìn)一步加大，為了滿足旅客的需求，完成5G在高鐵場景規(guī)劃就十分重要。

2 5G網(wǎng)絡(luò)在高鐵場景下面臨的問題

高鐵場景中有人流量大，高鐵列車的密閉性高，速度快、車廂中的情況較為復(fù)雜等因素，這些因素都對5G的規(guī)劃帶來了一定的挑戰(zhàn)[1]。

2.1 信號傳播損耗太大

目前5G的主流頻段通常為C段，相對于LTE（4G）網(wǎng)絡(luò)而言這個(gè)頻段的頻率高了一倍左右，而更高的頻率帶來的就是更高的傳播損耗。同時(shí)在同一種介質(zhì)下穿透損耗是隨著頻率的增加同樣在增加，二者呈正相關(guān)。這也使得在高鐵場景下，高鐵列車的不同所對應(yīng)的穿透損耗也有一定的變化。在經(jīng)過具體的試驗(yàn)得到和諧號在1.8GHZ、2.6GHZ、3.5GHZ的傳統(tǒng)損耗分別為28dB、30dB、33dB，而復(fù)興號分別為31dB、33dB、36dB。證明5G在高鐵的應(yīng)用場景中傳播損耗會更大，并且由于高鐵列車為線狀，一旦基站發(fā)射的信號與高鐵形成的角度較小，損害還會進(jìn)一步增大。

2.2 基站切換過于頻繁

單個(gè)的基站覆蓋的范圍往往十分有限，所以一輛列車在一個(gè)基站覆蓋范圍內(nèi)停留的時(shí)間也往往較短，甚至可能發(fā)生提留時(shí)間小于切換的最小延遲的現(xiàn)象發(fā)生，在這樣的情況下用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)往往較差。在高鐵的一些軌道附近一定區(qū)域內(nèi)會存在居民區(qū)，高鐵從旁經(jīng)過時(shí)會導(dǎo)致區(qū)內(nèi)信號的頻繁切換，最終使得終端吞吐量變小，甚至導(dǎo)致信號終端，擾亂居民的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。我國的高鐵的車速大多都在300千米每小時(shí)以上，在這樣高速的狀態(tài)下往往會發(fā)生多普勒效應(yīng)，從而帶來一定的頻移現(xiàn)象。而隨著高鐵技術(shù)的發(fā)展，社會的需要，高鐵的速度一定會越來越快，而更快的速度帶來便捷的同時(shí)會導(dǎo)致基站之間更為快速的切換，更會導(dǎo)致多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的頻移現(xiàn)象更加明顯，從而進(jìn)一步加深信號接收弱的問題。

2.3 用戶密度高，對網(wǎng)絡(luò)的需求性較大

高鐵和高鐵站中都是人員十分密集的區(qū)域，人的數(shù)量眾多帶來的就是對網(wǎng)絡(luò)的需求量的增大，可以說現(xiàn)在每一個(gè)人都離不開互聯(lián)網(wǎng)，為了滿足每個(gè)人的需求，就需要對每個(gè)人的信號的穩(wěn)定做出保障。在每個(gè)人都需要網(wǎng)絡(luò)的人員密集的場景下移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷將會大大的提升，如何使網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量滿足每個(gè)人的需求對移動(dòng)信號網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)難點(diǎn)。同時(shí)由于高鐵的速度快，在基站間切換十分頻繁且運(yùn)送的客流量較大，所以在行駛過程中會對經(jīng)過的基站造成突然地壓力，例如高鐵在從一個(gè)基站的覆蓋范圍換到另一個(gè)的基站范圍時(shí)，新的基站可以是片刻間就多了數(shù)以百計(jì)的連接用戶，很容易發(fā)生基站負(fù)荷過高導(dǎo)致用戶需求得不到滿足的現(xiàn)象發(fā)生。

3 高鐵場景5G無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化措施

在出行中人們喜歡高鐵的快速便捷，所以選擇高鐵為出行方式，而在路程途中為了打發(fā)時(shí)間往往選擇觀看電視劇玩手機(jī)游戲等方式，這就使得高鐵對網(wǎng)絡(luò)的需求大且復(fù)雜。同時(shí)高鐵的行駛過程中面臨的環(huán)境較為復(fù)雜，沿線中往往要穿過隧道經(jīng)過橋梁，城市等場景。同時(shí)還有高鐵站不同區(qū)域帶來的不同影響，同時(shí)不同地區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和覆蓋方式往往存在較大的出入，這都使得高鐵在5G規(guī)劃的過程中進(jìn)行不斷地優(yōu)化升級，從來保證5G無限網(wǎng)路的高質(zhì)量覆蓋，來滿足乘客的網(wǎng)絡(luò)需求[2，3]。

3.1 對高鐵沿線的布局

高鐵沿線大多情況下往往都是郊外，還有少量的城區(qū)部分。在開闊的郊外場景中，目前我國的運(yùn)營商大多使用宏站進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)信號的覆蓋，而宏站采用的就是8T8R的高增益天線。在進(jìn)行5G規(guī)劃布局時(shí)要充分對4G的基站進(jìn)行合理科學(xué)的利用，在無法使用原有的4G基站進(jìn)行覆蓋優(yōu)化需要建設(shè)新的基站時(shí)，一定要對和高鐵的距離和角度進(jìn)行考量，使得距離較近的同時(shí)角度盡量較大。同時(shí)建議在建設(shè)基站時(shí)分別將基站每見一座換一側(cè)，將基站建立在高鐵線路的兩邊，使得信號分布給為均勻可以得到充分的覆蓋和利用，同時(shí)在高鐵軌道的拐角處建設(shè)基站時(shí)，以建設(shè)在內(nèi)側(cè)為佳，內(nèi)側(cè)可以覆蓋更多的高鐵軌道范圍，進(jìn)一步為高鐵的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提供保障。

3.2 高鐵隧道的信號覆蓋

在當(dāng)下的高鐵隧道覆蓋方案中往往采用高品質(zhì)泄露同軸電纜覆蓋，同時(shí)將漏纜的規(guī)格控制為1-5/8”（13/8”）;同時(shí)為了防止多頻段系統(tǒng)之間所造成的頻率干擾的影響帶來的系統(tǒng)間隔離度增加的問題，應(yīng)該使用的互調(diào)抑制標(biāo)準(zhǔn)要滿足低于-150dBc的POI;而為了保證無線信號的穩(wěn)定和覆蓋范圍的全面，通常采用RRU方式對信號盡心延伸覆蓋。在高鐵路程中較長的隧道中往往每距離500m就會有一個(gè)避車洞室。而遠(yuǎn)端頻射單元的范圍十分有限所以通常并不會采用。

3.3 高鐵站的信號覆蓋

高鐵站中人流量巨大，其中最為集中的部分就是候車大廳和站臺。后車大廳往往是密閉的場地，而站臺則較為開闊。由于候車大廳為密閉的場地所以宏站對其的覆蓋效果就相對較差，對候車大廳往往采用室內(nèi)覆蓋。候車大廳空間大人多，對網(wǎng)絡(luò)的需求量很高，對候車大廳的5G覆蓋可以使用的多個(gè)5G的AAU進(jìn)行覆蓋，具體的安裝方式可以選擇墻掛或者數(shù)字化室內(nèi)分布來進(jìn)行。高鐵站臺則相對開闊，且高鐵列車在進(jìn)站時(shí)的速度往往較低，所以不會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)帶來的頻移，同時(shí)乘客上下車時(shí)的移動(dòng)速度較慢，附近區(qū)域的宏站可以加強(qiáng)相應(yīng)的對用戶的負(fù)荷能力即可滿足乘客的需要。

3.4 對多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的偏移進(jìn)行優(yōu)化

多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的頻移現(xiàn)象會對高鐵的網(wǎng)絡(luò)性能造成很大的影響。對頻移現(xiàn)象的具體解決方法大多是在設(shè)備進(jìn)行信號接手時(shí)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償和基站對上行信號進(jìn)行檢測來完成。而5G的頻率更高往往帶來的偏差也較大，目前的性能和算法還需要進(jìn)一步的優(yōu)化，從而使得信號具備更好的跟蹤高速移動(dòng)的能力。提供更好的信道和更強(qiáng)的檢測偏移的能力，從而及時(shí)的對信號進(jìn)行補(bǔ)償，保證5G信號質(zhì)量。

4 結(jié)語

總之，雖然5G目前部署的范圍較少，同時(shí)高鐵的5G網(wǎng)絡(luò)部署還未開始，但對其的重要程度應(yīng)該具有清晰地認(rèn)識，并且提前做好規(guī)劃，從而保證未來5G在高鐵中可以順利部署。在具體的部署過程要根據(jù)高鐵站的特征進(jìn)行規(guī)劃和優(yōu)化，面對隧道、站臺等特殊場所要進(jìn)行著重的優(yōu)化從而滿足乘客出行對網(wǎng)絡(luò)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙洪偉，李玲.高鐵LTE專網(wǎng)多頻組網(wǎng)優(yōu)化策略研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2019（3）：46-51.

[2] 王敏，陸曉東，沈少艾.5G組網(wǎng)與部署探討[J].移動(dòng)通信，2019（1）：7-14.

[3] 潘翔，張濤，李福昌.高鐵隧道場景的5G覆蓋方案研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2019（8）：26-29.